Гидравлический разрыв пласта

Сущность гидравлического разрыва пласта (ГРП) состоит в образовании и расширении в пласте трещин при создании высоких давлений на забое скважин жидкостью, закачивае­мой в скважину. В образовавшиеся трещины нагнетают от­сортированный крупнозернистый песок для того, чтобы не дать трещине сомкнуться после снятия давления.

Образованные в пласте трещины или открывающиеся и расширившиеся, соединяясь другими, становятся проводника­ми нефти и газа, связывающими скважину с удаленными от забоя продуктивными зонами пласта. Протяженность трещин в глубь пласта может достигать нескольких десятков метров. Образовавшиеся в породе трещины шириной 1—2 мм, запол­ненные крупнозернистым песком, обладают значительной про­ницаемостью.

Дебиты скважин после гидроразрыва пласта часто увели­чиваются в несколько раз. Операция ГРП состоит из следую­щих последовательно проводимых этапов:

1) закачка в пласт жидкости разрыва для образования трещин;

2) закачка жидкости-песконосителя;

3) закачка жидкости для продавливания песка в трещины.

Обычно в качестве жидкости разрыва и жидкости-песко­носителя применяют одну и ту же жидкость. Поэтому для упрощения терминологии обычно эти жидкости называются жидкостями разрыва.

Жидкости разрыва в основном применяют двух видов: углеводородные жидкости и водные растворы.

Иногда используют водонефтяные и нефтекислотные эмульсии.

Углеводородные жидкости применяют в нефтяных сква­жинах. К ним относятся: сырая нефть повышенной вязкости; мазут или его смесь с нефтями; дизельное топливо или сырая нефть, загущенные нефтяными мылами.

Водные растворы применяют в нагнетательных скважи­нах. К ним относятся — вода; водный раствор сульфит-спиртовой барды; растворы соляной кислоты; вода, загущен­ная различными реагентами; загущенные растворы соляной кислоты.

При выборе жидкости разрыва в основном учитывают такие параметры, как вязкость, фильтруемость и способность удерживать зерна песка во взвешенном состоянии.

Так как при незначительной вязкости для достижения дав­ления разрыва требуется закачка в пласт большого объема жидкости, необходимо использовать несколько одновременно работающих насосов. Если вязкость жидкости превышает допустимые значения, для образования трещин необходимы высокие давления, так как с увеличением вязкости растут потери при прокачке жидкости по трубам.

Песок для заполнения трещин при ГРП должен удовлетво­рять следующим требованиям: 1) иметь высокую механичес­кую прочность, чтобы образовывать надежные песчаные по­душки в трещинах, и не разрушаться под действием веса пород; 2) сохранять высокую проницаемость. Таким является крупнозернистый, хорошо окатанный и однородный по со­ставу кварцевый песок с размерами зерен от 0,5 до 1,0 мм.

Требуемое количество песка для закачки в пласт зависит от степени трещиноватости пород. В сильнотрещиноватые породы (известняки и доломиты) закачивается до нескольких десятков тонн песка. Значительное количество песка закачи­вают также и в рыхлые породы, обычно уже дренированные при предыдущей эксплуатации и предрасположенные к пробкообразованию. В пласты, сложенные из песчаников и мало­трещиноватых известняков, целесообразно закачивать 8 — 10 т песка на скважину. В отдельных случаях это количество умень­шают до 4 — 5 т или, наоборот, увеличивают до 20 т. Концен­трация песка в жидкости-песконосителе, в зависимости от ее фильтруемости и удерживающей способности, может коле­баться от 100 до 600 кг на 1 м³ жидкости.

Технология гидроразрыва пласта состоит в следующем. Вначале забой скважины очищают от песка и глины и отмы­вают от загрязняющих отложений. Иногда перед ГРП целесо­образно проводить солянокислотную обработку или дополни­тельную перфорацию. В таких случаях снижается давление разрыва и повышается его эффективность.

В промытую и очищенную скважину спускают трубы ди­аметром 89 мм, по которым жидкость разрыва направляется к забою. Трубы меньшего диаметра при ГРП применять не­целесообразно, так как при прокачке жидкости в них возни­кают большие потери давления.

Для предохранения обсадной колонны от воздействия вы­сокого давления над разрываемым пластом устанавливается пакер. Он полностью разобщает фильтровую зону скважины от ее вышележащей части, при этом давление, создаваемое насосами, действует только на фильтровую зону и нижнюю поверхность пакера. Таким образом, в процессе гидроразры­ва пласта на пакер снизу вверх действуют большие усилия. Если не принимать соответствующие меры, пакер вместе с насосно-компрессорными трубами будет подниматься вверх, что недопустимо. Для предотвращения этого на трубах уста­навливают гидравлический якорь.

При нагнетании в трубы жидкости давление действует на поршни гидравлического якоря, вследствие чего они выходят из своих гнезд и прижимаются к обсадной колонне. Чем выше давление, тем с большей силой поршни прижимаются к колон­не. Кольцевые грани на торце поршней врезаются в колонну и препятствуют перемещению насосно-компрессорных труб [3].

Устье скважины оборудуется специальной головкой, к ко­торой подключаются агрегаты для нагнетания в скважину жидкостей разрыва.

К основному оборудованию относятся: передвижные насос­ные агрегаты, максимальное давление которых составляет 70 МПа при подаче 6 л/с. Для смешивания жидкости-песконосителя с песком применяют пескосмесительные установки, смонти­рованные на высокопроходимых автомобилях. Процесс смеши­вания песка с жидкостью и подачи смеси на приме насосных агрегатов механизирован. Пескосмесительный агрегат имеет грузоподъемность 9 т. и производительность 50 т/ч. Он обору­дован загрузочным шнеком. С помощью таких агрегатов гото­вится смесь песка с жидкостью любой заданной концентрации.

Так как в процессе гидравлического разрыва пласта обычно используют несколько насосных агрегатов, для упрощения их обвязки между собой и с арматурой устья при нагнетании жидкости в скважину применяют самоходный блок манифольда. Этот блок состоит из напорного и приемно-раздаточного коллекторов, комплекта труб с шарнирными соединениями и подъемной стрелы. Все оборудование смонтировано на шасси автомобиля. Насосные агрегаты с помощью быстросъемных гибких соединений из труб подключаются к блоку манифольда, который, в свою очередь, соединяется с арматурой устья.